KR20160131937A - 배기 에너지 회수 증진 시스템 및 방법 - Google Patents

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메흐디 밀라니 발라디
압더스 샤밈
조셉 앤써니 코트로네오
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

시스템은 복수의 단을 가지고 배기류를 하류 방향으로 팽창시키도록 구성된 팽창부와 해당 팽창부의 하류 측으로 결합된 디퓨저부를 갖는 터빈을 포함한다. 디퓨저부는 배기 경로를 따라 상기 배기류를 그리고 벽을 따라 가압류를 수용하며, 상기 디퓨저부는 내부 표면을 가지고 상기 배기 경로 주변에 배치된 상기 벽과, 상기 팽창부의 복수의 스테이지 중 최종 스테이지에 또는 그 하류에 있는 상기 벽에 배치된 가압 포트를 포함한다. 상기 가압 포트는 상기 벽을 따라 경계층을 가압하도록 상기 벽의 내부 표면을 따라 가압류를 안내하도록 구성되며, 상기 가압류의 제1 압력이 상기 가압 포트의 상기 배기류의 제2 압력보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

배기 에너지 회수 증진 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING EXHAUST ENERGY RECOVERY}
여기 개시된 주제는 배기 회수 증진 시스템 및 방법과 같은 가스 터빈 엔진에 관한 것이다.
가스 터빈 시스템은 통상적으로 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 연소기는 압축된 공기와 연료의 혼합물을 연소시켜 터빈으로 안내되는 고온 연소 가스를 생성하여 예컨대 전기 발전기를 구동시키는 일을 생성한다. 압축기는 흡기구로부터의 공기를 압축시킨 후 압축된 공기를 연소기로 안내한다.
터빈에 사용되는 통상적인 클리어런스(clearance) 제어 유닛은 터빈 블레이드의 간격 제어를 위해 가스 터빈의 압축기 섹션으로부터 안내되는 압축된 송출 공기(bleed air)를 활용한다. 그러나, 송출 공기를 압축시키는데 이용되는 에너지가 소실됨으로써 가스 터빈 시스템의 효율을 떨어뜨린다.
최초 청구된 발명의 범위에 상응하는 소정의 실시예들을 아래에 요약한다. 이들 실시예들은 청구된 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니며, 정확하게는 이들 실시예는 단지 발명의 가능한 형태를 간단히 요약하고자 의도된 것이다. 실제로, 본 발명은 아래 설명되는 실시예와 유사하거나 상이할 수 있는 다양한 형태를 포괄할 수 있다.
제1 실시예에서, 시스템은 복수의 팽창부 내에서 하류 방향으로 배기류를 팽창시키도록 구성된 터빈을 포함한다. 터빈은 디퓨저부 주변에 배치된 냉각 매니폴드와 통로를 포함한다. 디퓨저부는 배기 경로를 따른 배기류와, 벽부를 따른 가압류, 그리고 배기 경로의 벽부를 따른 내부면을 수용하도록 구성되고, 팽창부의 복수의 단 중 최종 단 또는 그 하류의 벽에 다수의 가압 포트가 배치됨으로써, 가압 포트가 벽의 내부면을 따라 가압류를 안내하여 벽을 따라 경계층을 가압하고 가압류의 제1 압력이 가압 포트에서 배기류의 제2 압력보다 크다.
제2 실시예에서, 방법은 배기 가스가 복수의 터빈 단를 통해 하류 방향으로 흐르도록 터빈부의 복수의 터빈 단를 통해 배기 가스를 팽창시키는 단계; 배기 가스를 상기 터빈부 하류의 디퓨저부 내에 수용하는 단계; 및 경계층이 디퓨저부의 벽과 배기 가스 사이에 배치되고, 가압류가 가압 포트에서 배기 가스보다 높은 압력을 가지며, 경계층이 디퓨저부를 통해 배기 가스의 압력 손실을 감소시킬 수 있게 구성되도록 가압류를 터빈부의 하류로 주입하는 것에 의해 가압류의 경계층을 디퓨저부의 가압 포트의 하류 측으로 강화시키는 단계를 포함한다.
제3 실시예에서, 냉각 매니폴드가 팽창부의 터빈 케이싱 측으로 냉각류를 안내할 수 있게 구성되도록 팽창부 주변에 냉각 매니폴드가 배치된다. 디퓨저부는 해당 디퓨저부가 팽창부로부터 배기 가스를 그리고 냉각 매니폴드로부터 냉각류를 수용할 수 있게 구성되도록 냉각 매니폴드에 결합될 수 있고, 디퓨저부는 벽과 배기 가스 사이의 냉각류에 의해 경계층을 가압하도록 구성된 가압 포트를 포함한다.
전술한 바를 포함하여 본 발명의 다른 특징들, 양태들 및 장점들은 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분들을 유사한 부호로 나타내고 있는 첨부 도면을 참조로 다음의 상세한 설명을 파악할 때 더 잘 이해될 것이다. 도면에서:
도 1은 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템 및 배기 에너지 회수 증진을 위한 시스템의 블록도.
도 2는 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템 및 개선된 배기 에너지 회수 시스템의 반경 방향 단면도.
도 3은 코안다(Coanda) 블로잉 홀/슬롯에 의한 코안다 효과를 보여주는 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템의 도면.
도 4는 배기 에너지 회수 시스템 내의 압축기로부터의 압축된 공기를 활용하는 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템의 블록도.
도 5는 배기 에너지 회수 시스템 내의 하류 공정으로부터 압축된 공기를 활용하는 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템의 블록도.
도 6은 가스 터빈 시스템의 가스 터빈의 일 실시 형태의 팽창부 및 디퓨저부의 사시도.
도 7은 가스 터빈 시스템의 가스 터빈의 일 실시 형태의 팽창부 및 디퓨저부의 사시도.
도 8은 배기 에너지 회수를 향상시키는 일 실시 형태의 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명의 하나 이상의 특정 실시예를 아래에 설명한다. 이들 실시예를 간결하게 설명하고자 하는 노력으로 실제 구현예의 모든 특징부들을 명세서에 기술하지는 않을 것이다. 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같은 임의의 이러한 실제 구현예의 개발에 있어서 구현예마다 다를 수 있는 시스템 관련 및 영업 관련 제한을 준수하는 것과 같은 개발자의 특정 목적을 달성하기 위해 다수의 구현예-특유의 결정을 행하여야 함을 알아야 한다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소비적일 수 있지만 그럼에도 본 개시 내용의 이익을 향유하는 통상의 기술자에게는 설계, 제작 및 제조의 일상적인 일일 수 있음을 알아야 한다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소들을 도입시, 단수형 표현은 상기 요소 중 하나 이상의 요소가 존재함을 의미하도록 의도된다. "포함하다"와 "갖는다"의 표현은 포괄적임을 의도한 것으로 열거된 요소가 아닌 추가의 요소가 존재할 수 있음을 의미한다.
소비된 클리어런스 제어 충돌 유체(예, 공기, 증기)의 활용을 통한 배기 에너지 회수 증진 시스템 및 방법을 아래에 상세히 설명한다. 여러 실시 형태의 배기 에너지 회수 시스템은 냉각 유체를 터빈 케이싱과 제2 외부 케이싱으로 안내하여 충돌(냉각) 유체를 주류 스트림이 분리 가능성을 갖는 전략적인 영역으로 안내하도록 가스 터빈 주변에 배치된 냉각 매니폴드를 포함한다. 아래 상세히 설명하는 바와 같이, 냉각 유체를 전략적인 영역으로 안내하는 것에 의해 가스 터빈의 내부(예, 내측) 표면으로부터 주류 스트림이 분리되는 것이 감소됨으로써 주류 스트림의 압력 손실을 줄일 수 있다. 일부 실시예에서, 배기 에너지 회수 증진 시스템 및 방법에 활용되는 가스 터빈은 항공 전용 가스 터빈 엔진(aero-derivative gas turbine engine)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 터빈 케이싱의 일부가 압축기부로부터 압축된 송출 공기와 같은 냉각 유체로 냉각됨으로써 터빈 케이싱의 해당 부분의 열팽창 및 열수축을 제어하는 것에 의해 터빈 케이싱에 내장된 내부 구성요소를 터빈 케이싱의 내부 표면에 대한 충격으로부터 보호하는 것을 돕게 된다. 냉각 유체(예, 터빈의 압축기부로부터 압축된 송출 공기, 하류 공정으로부터의 증기)는 가스 터빈 시스템 내의 추가적인 유용한 작업(예, 유체 가열, 터빈 구동)을 수행하기 위해 활용될 수 있는 에너지를 가진다. 주류 중 취약한 경계층에 의해 야기되는 최종 터빈 블레이드의 하류의 주류(예, 배기 가스)의 분리는 주류의 압력을 감소시킬 수 있는 데, 이는 최종 터빈 블레이드의 하류의 주류로부터 회수될 수 있는 유용한 일을 감소시킬 수 있다. 여기에 설명되는 바와 같이, 냉각 유체(예, 충돌 유체, 압축기 블리드 류, 증기, 저압 공기)는 가스 터빈의 최종 터빈 블레이드의 하류의 경계층을 가압할 수 있다. 경계층을 유체로 가압하는 것은 주류(예, 배기 가스)를 최종 터빈 블레이드의 하류의 디퓨저부의 내부면 측으로 끌어당겨서 주류가 그 유동 경로부터 이탈되지 않는 것으로 믿어진다.
일부 실시예에서, 냉각 유체(예, 공기, 증기)는 터빈 케이싱으로부터의 복수의 터빈 블레이드와 다른 내부 부품의 클리어런스(clearance)를 제어하는 데 활용될 수 있다. 냉각 유체는 한정되는 것은 아니지만 공기(예, 압축 공기, 저압 공기), 증기(예, 고압 증기, 중간 압력 증기, 저압 증기, 저급 증기, 저급 폐증기), 이산화탄소(예, 고압 이산화탄소, 저압 이산화탄소) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 냉각 유체는 클리어런스 제어가 일어나는 팽창부의 하류의 디퓨저부에도 활용될 수 있다. 냉각 유체는 터빈의 디퓨저부로 안내될 수 있고, 거기에서 냉각 유체는 소정 위치에 활용되어 경계층 분리를 감소시키거나 제거할 수 있다. 여기서 설명되는 바와 같이, 냉각 유체의 일부가 냉각 매니폴드에 결합된 통로(예, 흐름 수집 통로)를 통해 안내된다. 통로는 클리어런스 제어에 활용되는 냉각 유체를 수용하고 냉각 유체를 주류의 경계층이 디퓨저부로부터 분리되는 경향이 있는 지점으로 안내함으로써 주류의 압력을 감소시키도록 구성된다. 클리어런스 제어에 활용된 후 통로(예, 흐름 수집 통로)에 활용되는 냉각 유체(예, 공기, 증기)는 압축기 또는 증기 터빈과 같은 다른 공급원으로부터 받아들여질 수 있다. 냉각 매니폴드에 의해 받아들여진 냉각 유체는 대기 환경에 대해 약 0.001~50 psig, 약 0.01~40 psig, 약 0.1~30 psig, 또는 약 1~20 psig (약 0.007~345 kpa, 약 0.067~276 kpa, 약 0.689~207 kpa, 또는 약 6.895~138 kpa)일 수 있다. 터빈 케이싱과 내부 성분(예, 블레이드) 사이의 클리어런스를 조절하기 위해 냉각 유체가 냉각 매니폴드로 안내된 후, 냉각 유체는 통로(예, 흐름 수집 통로) 내에 활용될 수 있다. 통로는 경계층을 가압(예, 보강, 강화)하기 위해 냉각 유체를 디퓨저부의 여러 영역 또는 부분으로 안내하도록 구성될 수 있다. 통로는 복수의 개구 또는 구멍을 통해 냉각 유체를 가스 터빈 케이싱 및/또는 디퓨저부로 안내하도록 구성될 수 있다. 냉각 유체의 열 에너지는 하나 이상의 하류 시스템(예, 열 회수 증기 발생기(HRSG), 증기 터빈)을 통해 배기 가스의 열 에너지와 함께 추출될 수 있다. 추가로, 냉각 매니폴드로부터 디퓨저부로 냉각 유체를 안내하는 것은 적어도 부분적으로 가스 터빈을 둘러싸는 엔클로져(enclosure) 내로 유출되는 냉각 유체를 감소시키거나 제거할 수 있다. 엔클로져 내로 유출되는 냉각 유체를 감소 또는 제거하는 것은 엔클로져 내의 환경의 온도를 떨어뜨려 엔클로져 내의 오퍼레이터 및/또는 제어기에 대한 응력 및/또는 온도의 영향을 감소시킬 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템(10) 및 배기 에너지 회수 증진 시스템의 블록도를 나타낸다. 가스 터빈 시스템(10)은 대기에 개방되거나 음향 엔클로져와 같은 엔클로져(11) 내에 내장될 수 있다. 압축기(12)는 흡기구(16)를 통해 가스 터빈 시스템(10)으로 주위 공기(14)를 흡입한다. 주위 공기(14)는 압축기(12) 내로의 유입 공기(18)의 추후의 배급을 위해 냉각 흡기구와 같은 적절한 메커니즘을 통해 흡기구(16)에 의해 가스 터빈 시스템(10) 내로 흡입된다. 여기에 논의되는 바와 같이, 유입 공기(18)는 한정되는 것은 아니지만 주위 공기(14), 산소, 고산소 공기, 재생 배기 가스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 산화제일 수 있다. 압축기(12)는 압축기(12) 내의 블레이드를 회전시키는 것에 의해 유입 공기(18)를 압축하여 압축 공기(20)를 형성한다. 압축기(12)가 유입 공기(18)를 압축시킬 때, 압축기는 유입 공기(18)에 에너지를 부가함으로써 압력과 온도를 증가시켜 압축 공기(20)가 주위 공기(14)보다 더 따뜻하고 고압으로 된다. 압축 공기(20)는 하나 이상의 연료 노즐(22) 내로 방출될 수 있고, 연료 노즐은 압축 공기(20)와 연료(24)(예, 액체 연료 및/또는 천연 가스와 같은 가스 연료)를 혼합하여 연소에 적합한 공기-연료 혼합물(26)을 생성한다.
도시된 바와 같이, 압축 공기(20)는 연료 노즐(22)로 들어가서 연료(24)와 혼합된다. 연료 노즐(22)은 공기-연료 혼합물(26)을 연소실(28) 내로 안내한다. 연소기(28)는 공기-연료 혼합물(26)을 점화 및 연소시켜 연소 생성물(30)을 생성한다. 연소 생성물(30)은 가스 터빈(32)으로 안내되고, 거기에서 연소 생성물(30)은 팽창하여 가스 터빈(32)의 블레이드를 샤프트(34)를 중심으로 구동시킨다. 가스 터빈(32)은 공통 샤프트(34)에 의해 압축기(12)에 결합되어 압축기(12)를 구동시킨다. 가스 터빈(32)은 또한 공통 샤프트(34)를 통해 부하(36)를 구동시킬 수 있다. 압축기 날개 또는 블레이드가 압축기(12)의 성분으로서 포함된다. 압축기(12) 내의 블레이드는 가스 터빈(32)에 의해 구동되는 샤프트(34)에 결합된다. 공통 샤프트(34)는 가스 터빈 시스템(10) 전체에 걸쳐 여러 구성요소(예, 압축기(12), 가스 터빈(32), 부하(36))에 결합된다. 알 수 있는 바와 같이, 부하(36)는 전기 발전기, 압축기, 항공기의 프로펠러 등을 포함할 수 있다. 결국, 연소 생성물(30)은 배기 가스로서 가스 터빈(32)에서 배출된 후 배기 유출구를 통해 가스 터빈 시스템(10)에서 배출된다. 배기 가스(38)는 엔클로져(11) 외부로 안내된다.
여기서 논의되는 바와 같이, 하류 공정(42)으로부터의 압축 유체(40)는 가스 터빈 시스템(10)으로 안내된 후 냉각 시스템(44)에 활용되어 배기 에너지 회수를 향상시킬 수 있다. 압축 유체(40)는 한정되는 것은 아니지만 공기(예, 압축 공기, 저압 공기), 증기(예, 고압 증기, 중간 압력 증기, 저압 증기, 저급 증기, 저급 폐증기), 이산화탄소(예, 고압 이산화탄소, 저압 이산화탄소), 또는 외부 환경의 대기 압력보다 큰 압력을 갖는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 아래 논의되는 일부 실시예의 압축 유체는 증기를 활용하고 있지만, 압축 유체는 증기로 한정되도록 의도된 것이 아니다. 압축 유체(40)는 주입되는 배기 가스보다 높은 압력을 가지는 것으로 정의될 수 있다. 압축 유체(40)는 가스 터빈 케이싱 상의 타켓 위치에 충돌됨으로써(예, 고속으로) 국부적인 대류 계수를 증가시켜 가스 터빈 케이싱(46)으로부터의 열전달을 증가시킬 수 있다. 터빈 케이싱(46)은 터빈 케이싱(46)의 온도를 기초로 열팽창 또는 수축됨으로써 가스 터빈(32)에 내장된 회전 및 고정 성분과 가스 터빈(32)의 내부 표면(54) 간의 클리어런스에 영향을 미칠 것이다. 아래에 상세히 논의되는 바와 같이, 압축 유체(40)가 터빈 케이싱(46)의 온도 제어를 통해 터빈 케이싱(46)의 클리어런스 조절에 활용된 후, 압축 유체(40)는 배기 가스(38)의 주류가 내벽 표면(54)으로부터 분리될 가능성과 압력 손실을 갖는 취약 경계층을 갖는 가스 터빈(32)의 최종 열의 블레이드의 하류의 흐름 경로 내로 주입된다. 주입된 압축 유체(40)는 주요 흐름 경로 가스보다 높은 압력을 가지며, 이로써 가스 터빈(32)의 디퓨저부의 경계층을 가압하는 데 유체 기술이 활용될 수 있다. 경계층의 가압은 내벽 표면(54)으로부터 배기 가스(38)의 유동 분리 및 재생 흐름을 감소 또는 제거할 수 있다. 따라서, 경계층의 가압은 가스 터빈(32)의 디퓨저부(62)를 통한 압력 강하를 낮게 함으로써 가스 터빈(32)의 하류에 결합된 시스템을 통한 배기 압력 회수를 증가시킬 수 있다. 또한, 소비된 냉각 유체의 주입에 의해 배기 가스(38)의 주류에 부가되는 열 에너지는 하류 시스템에 의해 회수되는 에너지를 증가시킬 수 있다.
도 2는 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템(10) 및 개선된 배기 에너지 회수 시스템의 반경 방향 단면도를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 압축 유체(40)는 먼저 가스 터빈(32)의 터빈 케이싱(46)으로 안내되어 터빈 케이싱(46)으로부터 가스 터빈(32)의 내부 부품(예, 터빈 블레이드)의 클리어런스를 조절한 후 냉각 매니폴드(50)에 결합된 통로(48)(예, 흐름 수집 통로)를 통해 안내된다. 압축 유체(40)의 일부는 냉각 매니폴드(50)의 냉각 통로(52)를 통해 터빈 케이싱(46)으로 안내된다. 냉각 유체(40)의 해당 부분은 복수의 냉각 매니폴드 개구(60)를 통해 외부 표면(56)으로 안내된다. 냉각 매니폴드 개구(60) 중 하나 이상의 개구는 냉각 유체(40)를 외부 표면(56)으로 분배할 때 활용될 수 있어서 터빈 케이싱(46)을 냉각시킬 수 있다. 냉각 매니폴드(50)와 냉각통로(52)는 디퓨저부(62) 주변에 배치된 통로(48)에 결합될 수 있다. 냉각 매니폴드(50)로부터 디퓨저부(62)로 냉각 유체(40)를 안내하는 것은 냉각 유체(40)가 엔클로져(11) 내로 유출되는 것을 제거할 수 있어서 엔클로져(11)의 주변의 온도가 감소된다. 일부 실시예에서, 냉각 유체(40)와 압축 공기류는 엔클로져(11)로부터 격리될 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 유체(40)는 가스 터빈 시스템(10)의 주변의 대기 환경보다 더 따뜻할 수 있으며, 냉각 유체(40)는 가스 터빈(32)의 배기 가스(38)보다 더 차가울 수 있다. 압축 유체(40)로서 활용될 때의 저압 증기의 비열은 주변 환경의 공기 또는 압축기 송출 공기보다 클 수 있다.
여기에 논의되는 바와 같이, 압축 유체(40)가 외부 표면(56)을 냉각시킨 후, 냉각 유체(40)는 다른 목적으로 활용될 수 있어서 냉각 유체(40)의 에너지의 적어도 일부를 회수할 수 있다. 예를 들면, 냉각 유체(40)는 가스 터빈(32)의 팽창부(61)의 하류에 활용되어 배기 가스(38)의 주류의 경계층을 가압할 수 있다. 가스 터빈(32)의 팽창부(61)는 배기 가스를 하류 방향(77)으로 팽창시키며, 다중 팽창 단을 포함할 수 있다. 팽창 단은 블레이드(86)의 각 스테이지에 대응할 수 있다. 냉각 유체(40)는 냉각 매니폴드(50)에 결합될 수 있는 통로(48)로 주입될 수 있다. 통로(48)(예, 흐름 수집 통로)는 냉각 유체(40)가 디퓨저부(62)로 안내되도록 냉각 통로(52)를 통해 냉각 매니폴드(50)로부터 냉각 유체(40)를 수집할 수 있다. 냉각 유체(40)는 디퓨저부(62)로 안내되어 경계층을 가압하고 흐름 분리를 감소 또는 제거함으로써 디퓨저 압력 회수를 향상시킨다. 냉각 유체(40)를 디퓨저부(62) 내로 주입하기 전의 배기 가스(38)의 제1 속도 프로파일(64)이 예시된다. 팽창부(61)의 출구에서의 제1 속도 프로파일(64)은 취약한 경계층을 표현한다. 냉각 유체(40)를 디퓨저부(62) 내로 주입한 후의 제2 속도 프로파일(69)이 형성된다. 표현된 바와 같이, 경계층은 경계층을 가압하는 냉각 유체(40)(예, 분출류)에 기인하여 강화된다.
도 3은 코안다(Coanda) 블로잉 슬롯(75)의 도면이다. 디퓨저부(62)의 확산 내부 표면(72)에 접하는 슬롯 주입의 경우, 경계층이 내부 표면(72)에 부착된 상태를 유지하는 데 코안다 효과가 이용될 수 있다. 이러한 코안다 효과는 공기 또는 다른 유체가 인접한 만곡면 또는 경사면을 따라 이동하는 경향을 기술한다. 코안다 효과는 유체의 경계층이 단단한 표면을 만나서 곡선 주변의 표면을 따르는 임의의 경우에 통상적으로 적용된다. 이 경우, 슬롯 통로의 출구 방향(79)은 통로(48)로부터 공기를 안내하기 위해 디퓨저부(62) 주요 유동 통로에 대해 볼록한 곡선이다. 설명되는 바와 같이, 블로잉 슬롯의 기하학적 구조의 단순화된 등축도가 도 6에 표현된다.
도 7에 기술되는 바와 같이, 개별 홀들은 가스 터빈 배기 시스템에 쉽게 구현될 수 있는 장점을 가진다. 압축 유체(40)는 냉각 매니폴드(50)에 결합된 통로(48) 내에 모아질 수 있다. 이후, 통로(48)에 연결된 작은 가압 포트(66)를 사용하여 압축 유체(40)를 본류 내로 주입할 수 있다. 일부 실시예에서, 통로(48)의 단면은 원주 방향으로 변동되는 주입을 방지하기 위해 가압 포트(66)의 직경의 적어도 15~20배 클 수 있다. 개별 홀들을 통한 가압 유체(40)의 주입은 높은 모멘텀의 자유 스트림 류와 낮은 모멘텀의 경계층을 혼합하여 경계층을 가압하도록 작용할 수 있다.
가압 포트(66)는 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 임의의 다른 다각형일 수 있다. 원형인 가압 포트(66)의 장점은 원형이 디퓨저부(62) 벽을 따라 경계층의 3차원 교란의 발달을 촉진시킬 수 있다는 것이다. 이것은 혼합을 향상시키고 2차 압축 유체(40)의 필요 질량유량률을 감소시킴으로써 블로잉 수단의 효율을 증가시킬 수 있다.
압축 유체(40)의 필요량을 실질적으로 감소시킬 수 있는 대안적인 실시예는 분리를 방지하기 위해 디퓨저부 벽 경계층 내로 맥동성 압축 유체(40)를 주입하는 것을 포함할 수 있다. 비정상 주입은 낮은 모멘텀의 경계층류와 높은 모멘텀의 코어의 혼합을 실질적으로 향상시키는 디퓨저부 벽 경계층 내의 밀착 구조가 인공적으로 형성되고 발전되는 것에 기인하여 정상 주입보다 분리 지연시 더 효과적일 수 있다. 맥동 주파수, 듀티 사이클, 파동의 진폭과 같은 인자들을 본 실시예의 채용시 고려할 수 있다.
도 2로 돌아가면, 통로(48)는 압축 유체(40)를 취약한 경계층을 갖는 가스 터빈 시스템(10)의 디퓨저부(62)의 영역 또는 부분으로 안내하도록 구성될 수 있다. 취약한 경계층에 대한 경향은 확산류의 역 압력 구배에 기인하여 디퓨저부에서 일어날 수 있다. 이러한 취약한 경계층은 디퓨저부에서 분리된 흐름과 증가된 에너지 손실을 가져올 수 있다. 경계층을 강화하고 조기 분리를 피하기 위해, 통로(48)는 압축 유체(40)를 복수의 가압 포트(66)를 통해 디퓨저부(62)로 안내하도록 구성될 수 있다. 가압 포트(66) 중 하나 이상은 디퓨저부(62)를 통한 배기 가스(38)의 경계층을 강화하기 위해 압축 유체(40)를 디퓨저부(62)의 내부 표면(72)으로 분배하는 데 사용될 수 있다. 압축 유체(40)의 흐름을 제어하고 압축 유체를 최종 팽창부(예, 최종 열의 터빈 블레이드)의 하류의 전략적인 영역으로 안내하는 것은 디퓨저부(62)를 통한 배기 가스(38)의 흐름의 흐름 분리와 압력 손실을 감소시킬 수 있다. 배기 가스(38)의 흐름을 따른 감소된 흐름 분리는 배기 가스(38)의 본류 경로(68)가 관통 유동되는 유효 면적(67)을 증가시킬 수 있다. 추가로, 냉각 매니폴드(50)로부터 디퓨저부(62)로 압축 유체(40)를 안내하는 것은 가스 터빈(32)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 엔클로져(11) 내로 유출되는 압축 유체(40)를 감소시키거나 제거함으로써 엔클로져(11) 내의 오퍼레이터 및/또는 제어기(예, 회로 요소, 프로세서, 메모리)에 대한 응력 및/또는 온도의 영향을 감소시킬 수 있다.
제어부(74)는 제어 라인(80)을 통해 하나 이상의 밸브를 제어하기 위해 적어도 하나의 밸브 조립체(82)에 결합된다. 제어부(74)는 압축 유체(40)의 흐름을 제어하기 위해 밸브 조립체(82)의 밸브들을 개폐하도록 구성될 수 있다. 소정의 실시예에서, 제어부(74)는 명령을 저장하는 메모리(76)와 명령을 처리하는 프로세서(78)를 활용할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어부(74)는 메모리(76)에 저장된 명령을 통해 압축 유체(40)의 원하는 유량을 결정할 수 있다. 소정의 실시예에서, 제1 프로세서(78)가 제1 세트의 명령을 수신하여 냉각 매니폴드(50)에 대한 압축 유체(40)의 유량을 제어할 수 있다. 소정의 실시예에서, 제2 프로세서(78)가 제2 세트의 명령을 수신하여 디퓨저부(62)로의 분배를 위해 통로(48)에 대한 압축 유체(40)의 유량을 제어할 수 있다. 압축 유체(40)는 냉각 경로(84)로부터 직접 받아들여지거나 터빈 케이싱(46)의 냉각에 활용된 후에 받아들여질 수 있다. 일부 실시예에서, 제어부(74)는 메모리(76)에 저장된 명령을 통해 디퓨저부(62) 내의 배기 가스(38)의 압력 손실을 감소시키도록 통로(48)로 주입될 압축 유체(40)의 원하는 유량을 경계층의 유지를 위해 증가시켜야 함을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어부(74)는 메모리(76)에 저장된 명령을 통해 디퓨저부(62)를 통한 배기 가스의 압력 손실에 실질적으로 영향을 미치지 않고 통로(48) 내로 주입될 압축 유체(40)의 원하는 압력이 감소될 수 있음을 결정할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어부(74)는 메모리(76)에 저장된 명령을 통해 터빈(32)의 디퓨저부(62) 내에 취약한(예, 취성이 큰) 재료가 포함된 경우 낮은 온도에서 통로(48) 내로 원하는 온도의 압축 유체(40)가 주입될 수 있음을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 터빈(32)의 최종 팽창부의 더 하류일수록 디퓨저부(62)의 더 공격적인 확산 각도에 기인하여 경계층의 취약 영역이 더 제공될 수 있다. 내부 표면(72)과 디퓨저부(62)의 축선(77) 사이의 각도는 약 5~30도의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저부(62)는 디퓨저부(62) 내의 내부 표면(72)을 따라 더 하류에 배치된 추가의 가압 포트(66)를 포함할 수 있다. 가압 포트(66) 중 하나 이상(예, 전부)이 소비된 냉각 유체(40)를 디퓨저부(62)로 분배하는 경우에 사용될 수 있다.
도 4는 배기 에너지 회수 시스템 내의 압축기로부터의 압축 공기를 활용하는 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템의 블록도를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 유입 공기(18)를 압축기(12)로 보내기 위해 흡기구(16)로 주위 공기(14)가 공급될 수 있다. 압축기(12)는 압축기 블레이드와 날개를 포함하는 내부 성분을 활용하여 유입 공기(18)를 압축하여 압축 공기(20)를 형성한다. 연료(24)와 압축 공기(20)가 결합되어 공기-연료 혼합물(26)이 생성된다. 공기-연료 혼합물(26)은 연소기(28)로 보내진다. 연소기(28)는 공기-연료 혼합물(26)을 점화 및 연소하여 연소 생성물(30)을 생성한다. 연소 생성물(30)은 팽창을 위해 가스 터빈(32)으로 보내져서 샤프트(34)에 결합된 부하(36)를 구동시킨다. 일부 실시예에서, 압축 공기(20)는 그 일부(41)가 압축기 유출구로부터 냉각 시스템(44)으로 안내된다. 압축 공기(20)의 해당 일부(41)는 가스 터빈(32) 내의 블레이드(86)의 클리어런스를 능동적으로 제어하는 데 활용될 수 있다. 이것은 압축 공기(20)의 일부(41)를 냉각 매니폴드(50)를 통해 터빈 케이싱으로 안내하는 것에 의해 일어난다. 냉각 매니폴드(50)는 압축 공기(20)의 일부(41)를 수용한다. 압축 공기(41)의 전체 또는 일부는 가압 포트(66)를 통해 분배될 수 있다. 일부 실시예에서, 가압 포트(66)를 통해 유동하는 압축 공기의 양은 대략 0.01~4%, 0.1~3%, 1~2% 및 그 사이의 압축 공기(20)의 모든 종속 범위를 포함할 수 있다. 가압 포트(66)를 통해 유동하는 압축 공기(41)의 양은 대기 환경에 대해 약 0.001~50 psig, 약 0.01~40 psig, 약 0.1~30 psig, 또는 약 1~20 psig(약 0.007~345 kpa, 약 0.067~276 kpa, 약 0.689~207 kpa, 또는 약 6.895~138 kpa)로 가압될 수 있다.
일부 실시예에서, 밸브 조립체(82)는 냉각 매니폴드(50)로의 압축 유체 부분(41)의 흐름을 제어하기 위해 동일하거나 상이한 종류의 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들면, 밸브 조립체(82)는 하나 이상의 게이트 밸브, 버터플라이 밸브, 글로브 밸브, 볼 밸브, 체크 밸브 또는 다른 밸브 종류를 포함할 수 있다. 또한, 밸브 조립체(82)는 여러 조합의 밸브들을 포함할 수 있다. 밸브 조립체(82)는 냉각 매니폴드(50)를 통해 터빈 케이싱(58)으로의 총 용적 유동을 조정하도록 구성될 수 있다. 추가로, 밸브 조립체(82)는 냉각 매니폴드(50)로의 흐름의 분배를 제어하도록 구성될 수 있다. 냉각 매니폴드(50)는 냉각 매니폴드(50) 근처에 배치될 수 있는 다수의 개구(60)를 포함할 수 있다. 개구(60)는 모두 한 번에 활용되거나, 센서(85)에 의해 판정되는 바와 같이, 압축 공기(20)를 통로(48)로 주입시키기 전에 활용될 수 있다.
압축 공기(20)의 일부(41)가 블레이드(86)의 클리어런스 제어에 활용된 후, 전술한 바와 같이 가스 터빈(32)의 디퓨저부(62)의 경계층을 가압하기 위해 통로(48)를 통해 안내될 수 있다. 냉각 유체(40)(예, 압축 유체 부분(41))의 흐름을 제어하고 냉각 유체를 팽창부(61)의 하류(예, 최종 열의 터빈 블레이드(86)의 하류)의 전략적 영역으로 안내하는 것은 소비된 냉각 유체(40)의 열 에너지가 회수되어 추가의 유용한 일을 행하는 데 활용될 수 있게 한다. 추가로, 냉각 매니폴드(50)로부터 디퓨저부(62)로 냉각 유체(40)를 안내하는 것은 가스 터빈(32)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 엔클로져(11) 내로 유출되는 냉각 유체(40)를 감소시키거나 제거할 수 있다.
도 5는 배기 에너지 회수 시스템 내의 하류 공정으로부터 나오는 압축 공기를 활용하는 일 실시 형태의 가스 터빈 시스템의 블록도를 나타낸다. 일부 실시예에서, 압축 유체(40)는 가스 터빈(32) 내의 블레이드(86)의 클리어런스를 능동적으로 조절하는 데 활용될 수 있는 하류 공정(90)(예, 열회수 증기 발생기(HRSG), 증기 터빈)에서의 저압 증기(91)(예, 저급 폐증기)일 수 있다. 이것은 하나 이상의 냉각 매니폴드(50)를 통해 터빈 케이싱의 외부 표면(56)으로 저압 증기(91)를 안내하는 것에 의해 일어난다. 하나 이상의 냉각 매니폴드(50)는 저압 증기(91)의 일부를 수용하거나 저압 증기(91) 전체를 수용할 수 있다. 일 실시예에서, 밸브 조립체(82)는 저압 증기(91)를 2개 이상의 개별 냉각 매니폴드(50)로 안내하도록 구성된 2개 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 개별 냉각 매니폴드(50)는 그 위치에서의 상태에 대응하는 출력 신호를 제공하기 위해 개별 센서(85)를 활용할 수 있다. 터빈 케이싱(58)의 상이한 영역에 대해 개별 냉각 매니폴드(50)를 활용하는 것은 터빈 케이싱(58)의 고온 섹션이 더 큰 용적의 저압 증기(91)를 수용하여 터빈 케이싱(58)을 냉각시키고 가스 터빈(32)의 내부 표면(54)으로부터의 블레이드(86)의 클리어런스를 조절할 수 있게 한다. 저압 증기(91)는 가압 포트(66)를 통해 안내되어 경계층을 가압함으로써 경계층을 강화시켜 배기 가스(38)가 디퓨저부(62)의 내부 표면(72)으로부터 분리되는 것을 방해할 수 있다. 흐름 수집 통로(48)의 하나 이상의 가압 포트(66)는 냉각 매니폴드(50)에 연결되어 냉각 매니폴드(50) 내에서 활용된 저압 증기(40)를 수용하도록 구성될 수 있다.
하나 이상의 통로(48)는 모두 한 번에 활용되거나 한 번에 하나 이상 활용될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가압 포트(66)는 통로(48)에 결합될 수 있다. 가압 포트(66)는 디퓨저부(62) 주변에 원주 방향으로 73개 또는 축방향으로 77개 배치될 수 있다. 제어부(74)는 밸브 조립체(82)를 통해 하나 이상의 통로(48)로 저압 증기(91)의 흐름을 제어하기 위해 밸브를 개폐하도록 구성될 수 있다. 소정의 실시예에서, 제어부(74)는 명령을 저장하는 메모리(76)와 명령을 처리하도록 된 프로세서(78)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브 조립체(82)는 동일하거나 상이한 종류의 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들면, 밸브 조립체(82)는 하나 이상의 게이트 밸브, 버터플라이 밸브, 글로브 밸브, 볼 밸브, 체크 밸브 또는 다른 밸브 종류를 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 밸브 조립체(82)는 여러 조합의 밸브들을 포함할 수 있다. 밸브 조립체(82)는 통로(48)로의 총 용적 유동을 조정하도록 구성될 수 있다. 추가로, 밸브 조립체(82)는 통로(48)로의 흐름의 분배를 제어하도록 구성될 수 있다. 통로(48)는 통로(48)에 결합되어 디퓨저부(62) 주변에 원주 방향으로 73개 및/또는 축방향으로 77개가 배치될 수 있는 다수의 가압 포트(66)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 통로(48)는 냉각 매니폴드(50)를 갖추거나 갖출지 않고 사용될 수 있다. 즉, 하나 이상의 통로(48)는 냉각 매니폴드(50)로부터 압축 유체(40)를 수용하거나 다른 공급원(예, 압축기부, HRSG, 하류 공정)으로부터 직접 압축 유체(40)를 수용할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어부(74)는 보다 큰 가압 요구에 기인하여 메모리(76)에 저장된 명령을 통해 통로(48) 내로 원하는 유량의 저압 증기(91)가 보다 높은 유량으로 주입될 수 있음을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어부(74)는 메모리(76)에 저장된 명령을 통해 통로(48) 내로 원하는 압력의 저장 증기(91)가 디퓨저부(62)를 통해 낮은 압력으로 주입될 수 있음을 결정할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 가압 포트(66)는 취약한 경계층의 섹션들이 더 큰 용적의 저압 증기(91)를 받아서 경계층을 재 가압하여 본류(68)에 대한 흐름 경로를 증가시킬 수 있도록 가스 터빈(32)의 디퓨저부(62) 내에 활용된다.
도 6은 가스 터빈 시스템에 활용되는 가스 터빈의 팽창부(61)와 디퓨저부(62)의 일 실시 형태를 나타낸 사시도이다. 일부 실시예에서, 디퓨저부(62)의 환형 영역(88)은 팽창부(61)의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 흐름 수집 통로(48)는 환형 영역(88)을 통해 압축 유체(40)를 터빈 케이싱(46)의 디퓨저부(62)와 팽창부(61)의 외부 표면(56) 사이로 안내한다. 즉, 환형 영역(88)은 팽창부(61)를 중심으로 실질적으로 환형인 가압 포트(66)를 형성한다. 전술한 바와 같이, 가압 포트(66)는 디퓨저부(62)의 내부 표면(72)을 따라 압축 유체를 안내함으로써 해당 내부 표면(72)을 따라 경계층을 가압하여 배기 가스(38)의 본류가 내부 표면(72)으로부터 분리되는 것을 감소 또는 제거할 수 있다. 도 7은 가스 터빈 시스템의 가스 터빈(32)의 팽창부(61)와 디퓨저부(62)의 일 실시 형태를 나타낸 사시도이다. 일부 실시예에서, 흐름 수집 통로(48)는 팽창부(61)의 외부 표면(56) 주변으로 원주 방향으로 디퓨저부(62)의 하류에 배치된 복수의 가압 포트(66)로 압축 유체(40)를 안내한다. 복수의 가압 포트(66)는 디퓨저부(62)의 내부 표면(89)을 따라 개별 지점으로 압축 유체(40)를 안내할 수 있다.
도 8은 클리어런스 제어 충돌(예, 냉각) 공기를 가스 터빈의 팽창부의 하류로 주입하는 것에 의해 배기 에너지 회수를 향상시키는 일 실시 형태의 방법(92)을 나타낸 흐름도이다. 가스 터빈은 팽창부 내의 복수의 터빈 블레이드를 통해 가스 흐름(예, 배기 가스)을 팽창시킨다(94 블록). 배기 가스는 팽창부의 최종 터빈 블레이드의 하류로 유동되어 터빈의 디퓨저부(62) 내에 수용된다(96 블록). 경계층을 디퓨저부로 가압하는 것은 디퓨저부를 통한 배기 가스의 압력 손실을 감소시켜서 냉각 유체의 에너지가 하류 시스템(예, 팽창 터빈, 증기 터빈, HRSG)을 통해 추출될 수 있게 한다(100 블록). 따라서, 배기 가스와 냉각 유체로부터의 에너지 회수 증가는 가스 터빈 시스템의 전체 열역학적 사이클 효율을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 배기 가스로부터 추출된(100 블록) 에너지는 증기를 발생시키는 데(102 블록) 이용된다. 발생된 증기는 증기 터빈의 구동 또는 가스 터빈 시스템의 유체 흐름의 예열 등과 같이 다양한 목적으로 활용될 수 있다. 추가로, 에너지는 디퓨저부 내에서 활용되도록 배기 가스로부터 추출될 수 있다. 일부 실시예에서, 터빈의 팽창부는 발생된 증기를 활용하여 냉각된다(104 블록).
본 발명의 기술적 효과는 복수의 가압 포트를 통해 냉각 유체를 안내하여 디퓨저부의 경계층을 가압함으로써 디퓨저부를 통한 배기 가스의 압력 손실을 감소시키고 팽창부 및 하류 시스템을 위한 가용 에너지를 증가시키는 것을 포함한다. 냉각 유체는 가스 터빈의 최종 팽창부의 하류에 더 유용한 일을 수행하도록 가스 터빈 시스템의 다른 영역으로부터 활용될 수 있어서 가스 터빈 시스템의 전체 열역학적 사이클 효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 기술된 설명은 최상의 모드를 포함하는 실시예를 개시하고 당업자가 임의의 장치 또는 시스템을 구성 및 사용하는 것과 임의의 통합된 방법들을 실행하는 것을 포함하여 실시예를 실시할 수 있게 하기 위해 여러 가지 예를 사용한다. 본 발명의 특허가능한 범위는 특허청구범위에 의해 정해지며, 그리고 당업자가 떠올릴 수 있는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은 해당 예들이 특허청구범위의 문자 그대로의 언어와 상이하지 않은 구조적 요소들을 구비하는 경우, 또는 그러한 예들이 특허청구범위의 문자 그대로의 언어와 크지 않은 차이를 갖는 균등한 구조적 요소들을 포함하는 경우, 특허청구범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 터빈을 포함하는 시스템으로서, 터빈은:
    배기류를 하류 방향으로 팽창시키도록 구성되고, 복수의 단(stage)을 갖는 팽창부와;
    상기 팽창부의 하류에 결합되고, 배기 경로를 따라 상기 배기류를 그리고 벽을 따라 가압류(energizing flow)를 수용하도록 구성된 디퓨저부
    를 포함하고, 상기 디퓨저부는
    내부 표면을 가지고 상기 배기 경로 주변에 배치된 상기 벽과,
    상기 팽창부의 복수의 단 중 최종 단에 또는 그 하류에 있는 상기 벽에 배치되고, 상기 벽을 따라 경계층을 가압하도록 상기 벽의 내부 표면을 따라 가압류를 안내하도록 구성된 가압 포트를 포함하고,
    상기 가압류의 제1 압력이 상기 가압 포트의 상기 배기류의 제2 압력보다 큰 것인 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가압류는 증기 또는 이산화탄소를 포함하는 것인 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 터빈에 결합된 냉각 매니폴드를 포함하고, 상기 냉각 매니폴드는 상기 팽창부의 복수의 단 주변에 배치된 터빈 케이싱 측으로 냉각류를 안내하도록 구성되며, 상기 가압 포트는 상기 냉각 매니폴드로부터 상기 냉각류의 적어도 일부를 상기 가압류로서 수용하도록 구성된 것인 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 터빈에 결합된 압축기를 포함하며, 상기 터빈은 상기 압축기를 구동시키도록 구성되며, 상기 냉각류는 상기 압축기로부터의 송출 류(bleed flow)를 포함하는 것인 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 터빈에 결합된 압축기와 터빈 방출 케이싱을 포함하며, 상기 터빈은 상기 압축기를 구동시키도록 구성되며, 상기 터빈 방출 케이싱은 상기 압축기로부터 압축된 공기류를 수용하도록 구성되며, 상기 터빈 방출 케이싱은 주(主) 터빈 케이싱의 상기 냉각 매니폴드와 상기 팽창부 주변에 배치된 것인 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 엔클로져(enclosure)를 포함하며, 상기 터빈은 항공 전용 가스 터빈(aero-derivative gas turbine)을 포함하며, 상기 엔클로져 내에 압축기 방출 케이싱이 배치된 것인 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 냉각류와 상기 압축 공기류는 상기 엔클로져로부터 격리된 것인 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 하류부에 결합된 하류 시스템을 포함하고, 상기 하류 시스템은 상기 배기류와 상기 가압류로부터 에너지를 추출하도록 구성된 것인 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하류 시스템은 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 포함하는 것인 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 벽의 내경은 상기 하류 방향으로 증가하고, 상기 벽과 상기 디퓨저부의 축 사이의 각도는 약 5~30°인 것인 시스템.
  11. 배기 가스류가 복수의 터빈 단을 통해 하류 방향으로 흐르도록 터빈부의 복수의 터빈 단을 통해 배기 가스를 팽창시키는 단계;
    상기 배기 가스를 상기 터빈부 하류의 디퓨저부 내에 수용하는 단계; 및
    경계층을 상기 디퓨저부의 가압 포트 하류로 가압하는 단계
    를 포함하고, 상기 경계층은 상기 디퓨저부의 벽을 따라 배치되고, 상기 가압류는 상기 가압 포트에서 상기 배기 가스보다 높은 압력을 가지며, 상기 경계층은 상기 디퓨저부를 통한 상기 배기 가스의 압력 손실을 감소시키도록 구성된 것인 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디퓨저부에 결합된 하류 시스템을 통해 상기 가압류와 상기 배기 가스로부터 에너지를 추출하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하류 시스템은 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 포함하는 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가압류는 증기류를 포함하고, 상기 증기류는 상기 HRSG로부터 수용된 것인 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 냉각류를 통해 상기 터빈부를 냉각시키는 단계를 포함하고, 상기 가압 포트는 상기 냉각류를 상기 가압류로서 수용하도록 구성된 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 터빈부를 냉각시키는 단계는 냉각 매니폴드를 통해 상기 냉각류를 상기 복수의 터빈 단 주변에 배치된 터빈 케이싱 측으로 안내하는 것을 포함하며, 상기 냉각 매니폴드는 상기 냉각류를 상기 터빈 케이싱으로부터 상기 가압 포트로 안내하도록 구성된 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 터빈 케이싱을 상기 냉각류로 냉각시키는 것을 통해 상기 터빈 케이싱과 상기 터빈부의 회전 요소 사이의 클리어런스(clearance)을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 가스 터빈 시스템으로서:
    터빈의 팽창부 주변에 배치되고, 상기 팽창부의 터빈 케이싱 측으로 냉각류를 안내하도록 구성된 냉각 매니폴드와;
    상기 냉각 매니폴드에 결합된 디퓨저부로서, 상기 팽창부로부터 배기 가스를 그리고 상기 냉각 매니폴드로부터 상기 냉각류를 수용하도록 구성되며, 상기 냉각류를 이용하여 경계층을 벽과 상기 배기 가스 사이에서 가압하도록 구성된 가압 포트를 포함하는, 디퓨저부
    를 포함하는 가스 터빈 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 냉각류는 증기류를 포함하는 것인 가스 터빈 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 가스 터빈 시스템의 연소기, 상기 냉각 매니폴드 및 상기 팽창부의 주변에 배치된 압축기 방출 케이싱을 포함하고, 상기 압축기 방출 케이싱은 압축 공기류를 수용하여 상기 압축 공기류를 상기 연소기로 안내하도록 구성되고, 상기 압축기 방출 케이싱은 상기 냉각류, 상기 압축 공기류 및 상기 배기 가스를 상기 압축기 방출 케이싱 주변의 외부 환경으로부터 격리시키도록 구성된 것인 가스 터빈 시스템.
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